Utilizzo dei misuratori di portata per migliorare l'efficienza della caldaia

Sep 14, 2023

Condividere i tuoi cookie ci aiuta a migliorare la funzionalità del sito e a ottimizzare la tua esperienza. Clicca qui per leggere la nostra cookie policy.

In molti impianti chimici, l'elettricità utilizzata dall'impianto deriva da una centrale elettrica a gas naturale o da un impianto di cogenerazione che brucia flussi di gas di scarico. Nelle grandi caldaie (figura 1), le centrali elettriche mettono insieme aria e combustibile (gas naturale, gas di scarico, petrolio o carbone) per la combustione, che crea calore. Il calore fa bollire l'acqua, creando vapore. Il vapore scorre attraverso una turbina, che la fa girare, generando così elettricità.

Misurare l’energia del flusso – flussi di carburante che costano denaro – in queste applicazioni di caldaie è fondamentale per migliorare l’efficienza energetica, identificare i rifiuti e ridurre al minimo i gas serra (GHG) immessi nell’atmosfera. Solo con una misurazione accurata del flusso gli utenti possono prendere decisioni informate per migliorare l’efficienza energetica.

In che modo gli utenti decidono quale tecnologia di misuratore di portata è migliore per misurare gas, acqua e vapore per applicazioni su caldaie? La scelta dei misuratori di portata giusti dipende dal fluido da misurare. Quando si parla di miglioramento dell'efficienza della caldaia, vengono coinvolte tre applicazioni principali:

La produzione di energia richiede aria in ingresso e carburante per la combustione. Gli ingegneri devono misurare accuratamente il rapporto aria e gas per una combustione efficiente nelle caldaie. Troppo gas è uno spreco, pericoloso e costoso; troppo poco crea una fiamma insufficiente per far bollire l'acqua in modo efficiente.

Contatori ad orifizio e a turbina. Tradizionalmente, il monitoraggio del gas combustibile alle caldaie viene effettuato con un misuratore a orifizio o a turbina. Tuttavia, questi non sono i migliori dispositivi di misurazione per questa applicazione perché sono soggetti a guasti e richiedono una manutenzione frequente e qualificata per fornire una misurazione accurata e affidabile. Anche le condizioni limitate delle tubazioni possono causare grattacapi agli ingegneri. Ad esempio, un misuratore ad orifizio richiede da 10 a 50 diametri di tubazione a monte per eliminare l'effetto dei disturbi del flusso. Poiché i tratti di tubo lunghi e diritti sono difficili da trovare, la maggior parte dei sistemi di misurazione del flusso sono influenzati negativamente dalla variazione dei profili di flusso all'interno del tubo.

Il principale motivo di preoccupazione è che i contatori a orifizio e a turbina misurano il flusso volumetrico. Per calcolare o dedurre il flusso di massa sono necessari ulteriori sensori di pressione, temperatura e pressione differenziale, nonché un computer di flusso (figura 2). Ciò non solo riduce la precisione della misurazione del flusso, ma i costi di installazione e manutenzione con questo tipo di misurazione compensata aumentano il costo di proprietà.

Misuratori di portata massici termici. Al contrario, i misuratori di portata massica termica sono adatti per la misurazione diretta della portata massica dei gas, non del flusso volumetrico. Poiché i misuratori di portata massica termica contano le molecole di gas, sono immuni alle variazioni della temperatura e della pressione di ingresso e misurano direttamente la portata massica senza compensazione. Nelle applicazioni per caldaie con flusso di aria in ingresso e gas, i misuratori di portata termici funzionano bene perché il rapporto ottimale combustibile-aria per una combustione efficiente nelle caldaie è calcolato su base di massa, non volumetrica (figura 3).

Nella configurazione di funzionamento più semplice di un misuratore di portata termico, il fluido scorre oltre un sensore termico riscaldato e un sensore di temperatura. Quando le molecole del fluido scorrono oltre il sensore termico riscaldato, il calore viene perso nel fluido che scorre. Il sensore termico si raffredda, mentre il sensore di temperatura continua a misurare la temperatura relativamente costante del fluido che scorre. L'entità della perdita di calore dipende dalle proprietà termiche del fluido e dalla sua portata. Misurando la differenza di temperatura tra il sensore termico e quello di temperatura è possibile determinare la portata.

I nuovi sviluppi nella tecnologia termica a quattro sensori, abbinati alla stabile tecnologia dei sensori “dry sense” e ad algoritmi avanzati di modellazione termodinamica, consentono ad alcuni misuratori di portata termici di raggiungere una precisione di lettura di ±0,5%, rivaleggiando con la precisione dei misuratori di portata Coriolis a costi inferiori. Le app software integrate consentono inoltre funzionalità di miscelazione del gas, convalida in situ e dial-a-pipe.